Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Trong các vật liệu siêu mỏng, các trạng thái liên kết kỳ lạ của các hạt có thể được tạo ra sau đó được chuyển thành ánh sáng. Các nhà khoa học tại TU Wien (Vienna) hiện đã thành công trong việc sử dụng hiệu ứng này để tạo ra một loại đi-ốt phát sáng mới lạ.
Khi các hạt liên kết trong không gian trống, chúng thường tạo ra các nguyên tử hoặc phân tử. Tuy nhiên, nhiều trạng thái liên kết kỳ lạ hơn có thể được tạo ra bên trong các vật thể rắn.
Các nhà nghiên cứu tại TU Wien hiện đã quản lý để sử dụng điều này: cái gọi là “phức hợp exciton đa hạt” đã được tạo ra bằng cách áp xung điện cho các lớp vật liệu cực mỏng làm từ vonfram và selen hoặc lưu huỳnh. Các cụm exciton này là các trạng thái liên kết được tạo thành từ các electron và “lỗ trống” trong vật liệu và có thể được chuyển đổi thành ánh sáng. Kết quả là một dạng cải tiến của đi-ốt phát sáng trong đó bước sóng của ánh sáng mong muốn có thể được kiểm soát với độ chính xác cao. Những phát hiện này đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.
Trong một vật liệu bán dẫn, điện tích có thể được vận chuyển theo hai cách khác nhau. Một mặt, các electron có thể di chuyển thẳng qua vật liệu từ nguyên tử này sang nguyên tử khác, trong trường hợp chúng mang điện tích âm với chúng. Mặt khác, nếu một electron bị thiếu ở đâu đó trong chất bán dẫn thì điểm đó sẽ được tích điện dương và được gọi là “lỗ trống”. Nếu một electron di chuyển lên từ một nguyên tử lân cận và lấp đầy lỗ trống, thì nó sẽ để lại một lỗ trống ở vị trí trước đó. Theo cách đó, các lỗ trống có thể di chuyển qua vật liệu theo cách tương tự như các điện tử nhưng theo hướng ngược lại.
“Trong một số trường hợp nhất định, lỗ trống và điện tử có thể liên kết với nhau”, giáo sư Thomas Mueller từ Viện Photonics (Khoa Kỹ thuật Điện và Công nghệ Thông tin) tại TU Wien nói. “Tương tự như cách một electron quay quanh hạt nhân nguyên tử tích điện dương trong nguyên tử hydro, một electron có thể quay quanh lỗ tích điện dương trong một vật thể rắn.”
Thậm chí các trạng thái liên kết phức tạp hơn là có thể: cái gọi là trions, biexcitons hoặc quintons liên quan đến ba, bốn hoặc năm đối tác liên kết. “Ví dụ, biexciton là exciton tương đương với phân tử hydro H2”, Thomas Mueller giải thích.
Trong hầu hết các chất rắn, trạng thái liên kết như vậy chỉ có thể ở nhiệt độ cực thấp. Tuy nhiên, tình hình lại khác với cái gọi là “vật liệu hai chiều”, chỉ bao gồm các lớp mỏng nguyên tử. Nhóm nghiên cứu tại TU Wien, có các thành viên bao gồm Matthias Paur và Aday Molina-Mendoza, đã tạo ra một cấu trúc bánh sandwich được thiết kế thông minh trong đó một lớp mỏng vonfram diselenide hoặc vonfram disulphide được khóa ở giữa hai lớp nitrat boron. Một điện tích có thể được áp dụng cho hệ thống lớp siêu mỏng này với sự trợ giúp của các điện cực graphene.
“Các exciton có năng lượng liên kết cao hơn nhiều trong các hệ hai lớp so với trong các chất rắn thông thường và do đó ổn định hơn đáng kể. Các trạng thái liên kết đơn giản bao gồm các electron và lỗ trống có thể được chứng minh ngay cả ở nhiệt độ phòng. nhiệt độ thấp, “báo cáo Thomas Mueller. Các phức exciton khác nhau có thể được tạo ra tùy thuộc vào cách hệ thống được cung cấp năng lượng điện bằng cách sử dụng các xung điện áp ngắn. Khi các phức hợp này phân rã, chúng giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng, đó là cách hệ thống lớp mới được phát triển hoạt động như một diode phát sáng.
“Hệ thống lớp dạ quang của chúng tôi không chỉ thể hiện một cơ hội tuyệt vời để nghiên cứu các exciton, mà còn là một nguồn sáng sáng tạo”, Matthias Paur, tác giả chính của nghiên cứu cho biết. “Do đó, chúng ta hiện có một diode phát sáng có bước sóng có thể bị ảnh hưởng đặc biệt – và cũng rất dễ dàng, chỉ đơn giản thông qua việc thay đổi hình dạng của xung điện được áp dụng.”
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Công nghệ Vienna . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :